JP2017026021A - 波動減速機、及び波動減速機用の玉軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】内輪の早期破損を防止又は抑制することができる波動減速機を提供する。
【解決手段】内歯１１を有する環状のサーキュラスプライン１０、サーキュラスプラインの内側に設けられ内歯と噛み合う外歯２１を有する環状のフレクスプライン２０、及び、フレクスプラインの内側に嵌入されフレクスプラインを非円形に撓ませて外歯を内歯に部分的に噛み合わせるための回転体３０を備える波動減速機５。回転体は、横断面が非円形のカム３１と、カムとフレクスプラインとの間に介在している玉軸受３２と、を有している。玉軸受は、弾性変形が可能である外輪３３及び内輪と、外輪と内輪との間に設けられている複数の玉３５と、玉を収容するポケットが周方向に複数形成されている保持器と、を有している。また、内輪は、自由状態において、軸方向から見て内輪が外嵌されるカムにならう非円形の形状を呈している。
【選択図】図１

Description

本発明は波動減速機、及び波動減速機用の玉軸受に関する。

従来、内歯を有する環状のサーキュラスプライン、このサーキュラスプラインの内側に設けられ前記内歯と噛み合う外歯を有する環状のフレクスプライン、及び、このフレクスプラインの内側に設けられている回転体を備えた波動減速機が知られている（例えば、特許文献１参照）。波動減速機では、外歯の歯数が内歯の歯数よりも少なく設定されている。回転体は、カムと、このカムに外嵌している玉軸受とを有している。フレクスプラインは、この玉軸受に外嵌している。

カムの横断面は楕円形状を呈しているので、当該カムの外側に設けられている玉軸受及びフレクスプラインは楕円形に撓み、フレクスプラインの外歯をサーキュラスプラインの内歯に、部分的に噛み合わせることができる。つまり、楕円形に撓むフレクスプラインの長軸の両端部分において、フレクスプラインの外歯とサーキュラスプラインと内歯とが噛み合い、フレクスプラインの短軸の両端部分において、フレクスプラインの外歯とサーキュラスプラインと内歯とは離れた状態にある。

そして、カムを回転させることで、サーキュラスプラインに対して、フレクスプラインの楕円の長軸の両端位置（内歯との噛合位置）を移動させることができ、この移動と共に部分的に歯が噛み合った状態でフレクスプラインを回転させることができる。

回転体を構成する要素である玉軸受は、薄肉の外輪と、薄肉の内輪と、外輪と内輪との間に設けられている複数の玉と、環状の保持器とを備えている。内輪はカムに外嵌され、また、フレクスプラインは外輪に外嵌されている。

特開２００８−５７７０２号公報

従来の波動減速機では、図７に誇張して示されているように、実質的に真円の内輪５１が、例えば楕円形（非円形）であるカム５２に外嵌されている。図７の（Ａ）は、カム５２に外嵌される前の内輪５１及びカム５２を示しており、図７の（Ｂ）はカム５２に内輪５１が外嵌された状態を示している。なお、分かりやすくするために、玉軸受の外輪、玉及び保持器の図示は省略している。また、図７の（Ａ）の右側の図には、内輪５１の形状（真円）とカム５２の形状（楕円形）との違いを示すために、当該内輪５１を二点鎖線で描いている。

内輪５１は実質的に真円であるので、かかる内輪５１を楕円形（非円形）のカム５２に外嵌すると、カム５２の長軸Ｌの両端に外嵌される内輪部分５１ａ、５１ｂに曲げ応力とともに円周方向の引張応力が作用する。一方、カム５２の短軸Ｓの両端に外嵌される内輪部分５１ｃ、５１ｄには曲げ応力とともに円周方向の圧縮応力が発生する。これら内輪５１に作用する引張応力及び圧縮応力は、図８に模式的に示されるように、内輪部分５１ａ、５１ｂに作用する引張応力の方が、内輪部分５１ｃ、５１ｄに作用する圧縮応力よりも大きい。図８において、縦軸は内輪に作用する圧縮応力又は引張応力を示しており、横軸は、内輪の位相（周方向の位置）を示している。図７の（Ｂ）に示されるように、０°、１８０°及び３６０°がカム５２の楕円の長軸Ｌの端部に外嵌される内輪部分の位相であり、９０°及び２７０°がカム５２の短軸Ｓの端部に外嵌される内輪部分の位相である。そして、０°、１８０°及び３６０°が、後述する転動体荷重が作用する位置（荷重位置）である。

また、波動減速機の駆動時には、前述したように、フレクスプラインの楕円の長軸の両端部分において、フレクスプラインの外歯とサーキュラスプラインと内歯とが噛み合うので、カム５２の長軸Ｌの両端に外嵌される内輪部分５１ａ、５１ｂ（図８において、「荷重位置」と表記されている部分）に噛み合いによる転動体荷重が繰り返し作用する。すなわち、内輪部分５１ａ，５１ｂには、波動減速機を組み立てた時点で曲げ応力及び引張応力が作用するとともに、波動減速機に駆動時には、さらに歯の噛み合いによる転動体荷重が繰り返し作用する。このため、内輪５１のうち、カム５２の長軸Ｌの両端に外嵌される内輪部分５１ａ，５１ｂを起点として早期に内輪が破損する虞がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、内輪の早期破損を防止又は抑制して軸受寿命を延ばすことができる波動減速機、及び波動減速機用の玉軸受を提供することを目的としている。

本発明の波動減速機は、
（１）内歯を有する環状のサーキュラスプライン、当該サーキュラスプラインの内側に設けられ前記内歯と噛み合う外歯を有する環状のフレクスプライン、及び、当該フレクスプラインの内側に嵌入され当該フレクスプラインを非円形に撓ませて前記外歯を前記内歯に部分的に噛み合わせるための回転体を備える波動減速機であって、
前記回転体は、横断面が非円形のカムと、当該カムと前記フレクスプラインとの間に介在している玉軸受と、を有し、
前記玉軸受は、弾性変形が可能である外輪及び内輪と、当該外輪と当該内輪との間に設けられている複数の玉と、当該玉を収容するポケットが周方向に複数形成されている保持器と、を有し、且つ、
前記内輪は、自由状態において、軸方向から見て当該内輪が外嵌される前記カムにならう非円形の形状を呈している。

本発明の波動減速機は、カムの外周に外嵌される内輪が、自由状態において、軸方向から見て当該内輪が外嵌される前記カムにならう非円形の形状を呈している。このため、カムに外嵌された状態の内輪に作用する曲げ応力や引張応力を従来よりも小さくすることができる。その結果、波動減速機を駆動させたときに、サーキュラスプラインの内歯とフレクスプラインの外歯とが噛み合う部分の内輪に転動体荷重が作用するものの、かかる内輪部分に作用している曲げ応力や引張応力は前記のように従来に比べて小さいため、当該内輪部分を起点として内輪が早期に破損することが防止又は抑制される。これにより、玉軸受の軸受寿命を従来よりも延ばすことができる。

なお、本明細書において、「非円形」とは、波動減速機のカムの横断面形状に採用される円形（真円）以外の形状をいい、フレクスプラインを撓ませて当該フレクスプラインの外歯をサーキュラスプラインの内歯に部分的に噛み合わせることができる限り、本発明において特に限定されるものではない。長軸及び短軸を有する楕円形が一般的に採用されている「非円形」の例であるが、かかる楕円形以外に、長円形、角丸長方形（二つの等しい平行線と二つの半円形とからなり、競技場などに採用されている形状）など他の形状を採用することもできる。

また、本発明の波動減速機用の玉軸受（以下、単に「玉軸受」ともいう）は、
（２）内歯を有する環状のサーキュラスプライン、当該サーキュラスプラインの内側に設けられ前記内歯と噛み合う外歯を有する環状のフレクスプライン、及び、当該フレクスプラインの内側に嵌入され当該フレクスプラインを非円形に撓ませて前記外歯を前記内歯に部分的に噛み合わせるための回転体を備える波動減速機用の玉軸受であって、
前記回転体が有する、横断面が非円形のカムと一体回転可能であり、且つ、弾性変形が可能である内輪と、前記フレクスプラインと一体回転可能でありかつ弾性変形が可能である外輪と、当該外輪と当該内輪との間に設けられている複数の玉と、当該玉を収容するポケットが周方向に複数形成されている保持器と、を有し、
前記内輪は、自由状態において、軸方向から見て当該内輪が外嵌される前記カムにならう非円形の形状を呈している。

本発明の玉軸受は、カムの外周に外嵌される内輪が、自由状態において、軸方向から見て当該内輪が外嵌される前記カムにならう非円形の形状を呈している。このため、カムに外嵌された状態の内輪に作用する曲げ応力や引張応力を従来よりも小さくすることができる。その結果、波動減速機を駆動させたときに、サーキュラスプラインの内歯とフレクスプラインの外歯とが噛み合う部分の内輪に転動体荷重が作用するものの、かかる内輪部分に作用している曲げ応力や引張応力は前記のように従来に比べて小さいため、当該内輪部分を起点として内輪が早期に破損することが防止又は抑制される。これにより、玉軸受の軸受寿命を従来よりも延ばすことができる。

（３）上記（２）の玉軸受において、前記内輪は、玉軸受の軸心を挟んで対向する２箇所で分割されていることが望ましい。波動減速機用の玉軸受は、一般的な玉軸受に比べて玉の数が多い。したがって、一体型の内輪の場合、カムへの組付けが難しいが、内輪が２つに分割されていると各分割内輪に設ける玉の数を一体型の場合の半数にすることができるので、玉軸受を容易にカムに組み付けることができる。また、分割型の内輪は、プレス加工により作製することが可能となるので、内輪の加工性を向上させることができる。

本発明の波動減速機、及び波動減速機用の玉軸受によれば、内輪の早期破損を防止又は抑制することができる。

本発明の波動減速機の一実施形態を軸方向から見た模式図である。 図１に示される波動減速機の縦断面図である。 図１に示される波動減速機における玉軸受の縦断面図である。 本発明における内輪をカムに外嵌する際の説明図であり、（Ａ）は外嵌前の状態、（Ｂ）は外嵌後の状態を示している。 波動減速機の動作を説明する説明図である。 内輪の他の例を説明する説明図である。 従来の内輪をカムに外嵌する際の説明図であり、（Ａ）は外嵌前の状態、（Ｂ）は外嵌後の状態を示している。 カムに外嵌された内輪に作用する圧縮応力又は引張応力と内輪位置との関係を示すグラフである。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明の波動減速機、及び波動減速機用の玉軸受の実施形態を詳細に説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

〔波動減速機の構成〕
図１は、本発明の一実施形態に係る波動減速機５を軸方向から見た模式図であり、図２は、この波動減速機５の縦断面図である。波動減速機５は、サーキュラスプライン１０、フレクスプライン２０、及び回転体３０を備えている。

サーキュラスプライン１０は環状であり、剛性の高い環状の部材（金属部材）で作製されている。サーキュラスプライン１０は、その内周面に内歯１１を有している。内周面は、軸方向から見て軸心Ｃを中心とする円形（真円）の面からなる。サーキュラスプライン１０は、波動減速機５のケーシング（図示せず）に固定されている。

フレクスプライン２０は環状であり、サーキュラスプライン１０の径方向内側に設けられている。フレクスプライン２０は、その外周面に内歯１１と部分的に噛み合う外歯２１を有している。本実施形態のフレクスプライン２０は、図２に示されるように、薄肉カップ形状の金属製の弾性体からなり、円筒部２２と、底部２３とを有している。外歯２１は、円筒部２２の外周面に設けられており、底部２３には、出力軸（図示せず）が取り付けられる。フレクスプライン２０の外歯２１の歯数は、サーキュラスプライン１０の内歯１１の歯数よりも少ない。本実施形態では、外歯２１の歯数は、内歯１１の歯数よりも二つ少ない。なお、この歯数差は任意であり、本発明において特に限定されるものではない。

また、後にも説明するが、フレクスプライン２０の円筒部２２は、図１に示されるように、弾性変形することで非円形（本実施形態では楕円形）に撓むことができる。そして、この楕円形の長軸の両端部分Ｓ１において、外歯２１と内歯１１とが噛み合った状態となり、楕円形の短軸の両端部分Ｓ２で、外歯２１と内歯１１とが離れた状態となる。

回転体３０は、フレクスプライン２０の円筒部２２の径方向内側に嵌入されており、フレクスプライン２０を非円形に撓ませる。回転体３０は、カム３１と、玉軸受３２とを有している。カム３１の横断面は非円形であり、本実施形態では楕円形を呈している（図１参照）。玉軸受３２はカム３１に外嵌している。また、この玉軸受３２にフレクスプライン２０の円筒部２２が外嵌している。

玉軸受３２は、図３に示されるように、薄肉の外輪３３と、薄肉の内輪３４と、これら外輪３３と内輪３４との間に設けられている複数の玉３５と、環状の保持器３６とを有している。保持器３６には、玉３５を収容するポケット３７が周方向に間隔をあけて複数形成されている。なお、図１〜２及び後に波動減速機５の動作を説明する図５では、分かりやすくするために保持器３６の図示を省略している。

外輪３３及び内輪３４は、例えば軸受鋼等の金属で作製された環状部材であるが、薄肉であることから、径方向について弾性変形が可能（弾性変形が容易）である。外輪３３及び内輪３４の厚さ（最大厚さ）は、例えば、玉３５の直径の１／７以上、１／２以下とされている。なお、玉３５も、例えば軸受鋼等の金属で作製することができる。外輪３３の内周面には、断面が円弧形状である軌道溝３８が形成されており、内輪３４の外周面には、断面が円弧形状である軌道溝３９が形成されている。そして、これら軌道溝３８，３９に沿って、各玉３５は転動自在となっている。

なお、本実施形態の玉軸受３２では、玉３５を軌道溝３８，３９間に位置させるために、外輪３３の内周面及び内輪３４の外周面に、これら外輪３３及び内輪３４の軸方向側面から軌道溝３８，３９に延びるいわゆる「入れ溝」は形成されていない。つまり、外輪３３の軸方向両側の肩部３３ａは、周方向に沿って連続しており、周方向全長にわたって断面形状が変化しない構成である。また、内輪３４の軸方向両側の肩部３４ａも、周方向に沿って連続しており、周方向全長にわたって断面形状が変化しない構成である。

内輪３４はカム３１に締り嵌めにより固定されており、内輪３４とカム３１とは一体回転可能である。内輪３４のサイズは、カム３１に外嵌されたときに締り嵌めとなるサイズである。一方、外輪３３は、フレクスプライン２０の円筒部２２に固定されており（円筒部２２が外輪３３に外嵌しており）、外輪３３とフレクスプライン２０とは一体回転可能である。

カム３１の外周輪郭形状は、図１及び図４に示されるように非円形の一態様である楕円形である。一方、本実施形態における内輪３４の軸方向から見た輪郭形状は、図４の（Ａ）に示されるように、嵌合前の自由状態において、カム３１にならう楕円形である。このため、内輪３４は、カム３１に外嵌させる際に、若干弾性変形するが、カム３１に外嵌された後（図４の（Ｂ）参照）は、カム３１の長軸Ｌの両端部分に外嵌される内輪部分３４ａ、３４ｂに従来のように大きな曲げ応力や引張応力が作用しない。したがって、波動減速機５を駆動させたときに、サーキュラスプライン１０の内歯１１とフレクスプライン２０の外歯２１とが噛み合う部分の内径側の内輪部分３４ａ，３４ｂに転動体荷重が作用するものの、かかる内輪部分３４ａ，３４ｂに作用している曲げ応力や引張応力は前記のように従来に比べて小さいため、当該内輪部分３４ａ，３４ｂを起点として内輪３４が早期に破損することは防止又は抑制される。その結果、玉軸受３２の軸受寿命を従来よりも延ばすことができる。

なお、本明細書において、「カムにならう」とは、カム３１の外周輪郭形状にならう、又は、カム３１の外周輪郭形状と同様である、という趣旨である。したがって、例えばカム３１の外周輪郭形状が楕円形の場合、嵌合前の自由状態における内輪３４を軸方向から見た輪郭形状も楕円形となり、カム３１の外周輪郭形状が長円形の場合、嵌合前の自由状態における内輪３４を軸方向から見た輪郭形状も長円形となる。

本実施形態における外輪３３は、内輪３４と同様に、軸方向から見た輪郭形状がカム３１にならい楕円形である。しかし、外輪３３の輪郭形状は、本発明において特に限定されるものではなく、従来のような円形であってもよい。この場合、外輪３３及び円筒部２２は、複数の玉３５を介して弾性変形して、カム３１の外周輪郭形状に沿った楕円形となる。

図１及び図２において、カム３１及び玉軸受３２を有する回転体３０は、波動発生器とも呼ばれ、カム３１には、入力軸（図示せず）が取り付けられる。
以上より、回転体３０は、フレクスプライン２０を楕円形に撓ませ、このフレクスプラインの外歯２１を、サーキュラスプライン１０の内歯１１に部分的に噛み合わせることができる。本実施形態に係る波動減速機５では、外歯２１と内歯１１とが１８０度離れた二箇所（図１において、Ｓ１で示される箇所）で噛み合う。

〔波動減速機５の動作〕
つぎに、前述した構成を有する波動減速機５の動作について説明する。
図１に示されるように、フレクスプライン２０は、回転体３０により楕円形に撓んだ状態にある。この楕円の長軸の両端部分Ｓ１で外歯２１と内歯１１とが噛み合い、短軸の両端部分Ｓ２で外歯２１と内歯１１とは離れた状態にある。サーキュラスプライン１０は固定状態にあり、この状態でカム３１を、図１において軸芯Ｃを中心として時計回りに回転させると（図５（Ａ）参照）、フレクスプライン２０の楕円の長軸の両端部分Ｓ１の位置が移動（変化）し、外歯２１と内歯１１との噛み合い部分が移動（変化）する。

図５の（Ｂ）に示されるように、カム３１を図１の状態から時計回りに１８０度回転させると、フレクスプライン２０は、外歯２１と内歯１１との歯数差の半分である一枚分に相当する距離だけ、カム３１の回転方向と反対の方向（反時計回りの方向）に移動することとなる。

そして、図５の（Ｃ）に示されるように、カム３１を図５の（Ｂ）の状態から更に時計回りに１８０度回転させると、フレクスプライン２０は、外歯２１と内歯１１との歯数差である二枚分に相当する距離だけ、カム３１の回転方向と反対の方向（反時計回りの方向）に移動する。カム３１は図示しない入力軸と一体回転可能であり、フレクスプライン２０は図示しない出力軸と一体回転可能であることから、この波動減速機５では、カム３１の入力に対して、フレクスプライン２０の回転が出力として取り出される。

〔その他の変形例〕
本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内において種々の変更が可能である。
例えば、前述した実施形態では、一体型の内輪を採用しているが、分割型の内輪を採用することもできる。図６は、玉軸受の軸心Ｃを挟んで対向する２箇所で分割されている内輪４４を示している。波動減速機用の玉軸受は、一般的な玉軸受に比べて玉の数が多いので、一体型の内輪の場合、カムへの組付けが難しい。これに対し、内輪４４が２つに分割されていると各分割内輪４４ａ，４４ｂに設ける玉の数を一体型の場合の半数にすることができるので、玉軸受を容易にカムに組み付けることができる。また、分割型の内輪は、プレス加工により作製することが可能となるので、内輪の加工性を向上させることができる。図６に示される例では、転動体荷重がかからない、カムの短軸の両端部分に外嵌される箇所ｄで内輪が二つに分割されている。分割内輪４４ａ，４４ｂは互いに同じ形状及びサイズの部材である。

５：波動減速機 １０：サーキュラスプライン １１：内歯
２０：フレクスプライン ２１：外歯 ３０：回転体
３１：カム ３２：玉軸受 ３３：外輪
３４：内輪 ３５：玉 ３６：保持器 ４４：内輪

Claims (3)

1. 内歯を有する環状のサーキュラスプライン、当該サーキュラスプラインの内側に設けられ前記内歯と噛み合う外歯を有する環状のフレクスプライン、及び、当該フレクスプラインの内側に嵌入され当該フレクスプラインを非円形に撓ませて前記外歯を前記内歯に部分的に噛み合わせるための回転体を備える波動減速機であって、
   前記回転体は、横断面が非円形のカムと、当該カムと前記フレクスプラインとの間に介在している玉軸受と、を有し、
   前記玉軸受は、弾性変形が可能である外輪及び内輪と、当該外輪と当該内輪との間に設けられている複数の玉と、当該玉を収容するポケットが周方向に複数形成されている保持器と、を有し、且つ、
   前記内輪は、自由状態において、軸方向から見て当該内輪が外嵌される前記カムにならう非円形の形状を呈していることを特徴とする波動減速機。
2. 内歯を有する環状のサーキュラスプライン、当該サーキュラスプラインの内側に設けられ前記内歯と噛み合う外歯を有する環状のフレクスプライン、及び、当該フレクスプラインの内側に嵌入され当該フレクスプラインを非円形に撓ませて前記外歯を前記内歯に部分的に噛み合わせるための回転体を備える波動減速機用の玉軸受であって、
   前記回転体が有する、横断面が非円形のカムと一体回転可能であり、且つ、弾性変形が可能である内輪と、前記フレクスプラインと一体回転可能でありかつ弾性変形が可能である外輪と、当該外輪と当該内輪との間に設けられている複数の玉と、当該玉を収容するポケットが周方向に複数形成されている保持器と、を有し、
   前記内輪は、自由状態において、軸方向から見て当該内輪が外嵌される前記カムにならう非円形の形状を呈していることを特徴とする波動減速機用の玉軸受。
3. 前記内輪は、玉軸受の軸心を挟んで対向する２箇所で分割されている、請求項２に記載の波動減速機用の玉軸受。
   
   

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